高中物理 第6章 电磁波与信息时代章末分层突破教师用书 鲁科版选修1-1

第6章 电磁波与信息时代自我校对红外线 紫外线 中波 天波 电视信号 卫星通信 电信号 处理电路电磁波的传播与机械波的问题电磁波本身是物质，传播不需要介质，各种频率的电磁波在真空中的传播速度都相同，在介质中的传播速度与频率有关而机械波的传播必须靠介质，传播速度由介质决定，不能在真空中传播一人看到闪电12.3 s后又听到雷声已知空气中的声速约为330340 m/s，光速为3108 m/s，于是他用12.3 s除以3很快估算出闪电发生位置到他的距离为4.1 km.根据你所学的物理知识可以判断()A这种估算方法是错误的，不可采用B这种估算方法可以比较准确地估算出闪电发生位置与观察者间的距离C这种估算方法没有考虑光的传播时间，结果误差很大D即使声速增大2倍以上，本题的估算结果依然正确【解析】光速和声速相差很大，光在传播约4.1 km的距离时，所需的时间非常少，对于估算来说完全可以忽略声速v340 m/s0.34 km/s，所以由匀速直线运动的公式可得xvt0.34 t km.显然声速加倍后不再成立【答案】B家用电器类问题家用电器种类繁多，涉及生活的每一个角落，并不要求把所有的家用电器的工作原理都搞明白，但在使用每一种家用电器之前要阅读说明书，做到安全使用但对于较为简单的能做到了解原理更好，以提高自己的科学素养家用微波炉是一种利用微波的电磁能加热食物的新型灶具，主要由磁控管、波导管、微波加热器、炉门、直流电源、冷却系统、外壳等组成接通电源后，220 V交流电经变压器，一方面在次级产生3.4 V交流电对磁控管加热，同时在次级产生2 000 V高压电经整流回到磁控管产生频率为2 450 MHz的微波，微波输送至金属制成的加热器(炉腔)，被来回反射，微波的电磁作用使食物内分子高频地运动而使食物加快受热，并能最大限度地保存食物中的维生素有下列说法：微波是振荡自由电子运动而产生的微波是原子外层电子受到激发而产生的微波炉变压器的电压变化比为利用微波加热食物是因为微波比红外线有更强的热作用上述说法正确的是()ABC D【解析】微波属于无线电波，是振荡电路中自由电子的运动产生的，故对错；由变压原理知变压比为，故对；在各种电磁波中，具有显著热作用的是红外线，而微波加热食物的原理是微波的频率更接近食物分子的固有频率，使食物分子产生共振，故错，应选B.【答案】B热敏电阻的型号及其特点1.热敏电阻器是电阻值随温度变化而变化的敏感元件在工作温度范围内，电阻值随温度上升而增加的是正温度系数(PTC)热敏电阻器；电阻值随温度上升而减小的是负温度系数(NTC)热敏电阻器2热敏电阻器可按电阻温度特性、材料、结构、工作方式、工作温度和用途进行分类热敏电阻器的分类分类方式类别电阻温度特性正温度系数、负温度系数材料金属、半导体(单晶、多晶、陶瓷)结构珠状、片状、杆状、膜状工作方式直热式、旁热式工作温度常温、高温、低温用途测温控温、辐射能(功率)测量、稳压(稳幅)等3.热敏电阻器的用途十分广泛，主要应用于：(1)利用电阻温度特性来测量温度、控制温度和元件、器件、电路的温度补偿；(2)利用非线性特性完成稳压、限幅、开关、过流保护作用；(3)利用不同媒质中热耗散特性的差异测量流量、流速、液面、热导、真空度等；(4)利用热惯性作为时间延迟器图61是测试热敏电阻R的实验电路图，滑动变阻器调节到某一定值，实验中观察到当温度升高时灯更亮对实验现象分析正确的有()图61A电路中电流减小了B电路中电流增大了C温度升高，热敏电阻的阻值增大D温度升高，热敏电阻的阻值减小【解析】灯更亮，说明电路中的电流变大了，B项正确；由电压一定时，电流、电阻的关系知，温度升高时，电流变大，说明热敏电阻的阻值减小【答案】BD章末综合测评(六)电磁波与信息时代(分值：100分时间：60分钟)一、选择题(本题共8个小题，每小题6分，共48分在每小题给出的四个选项中，有的小题只有一个选项正确，有的小题有多个选项正确全部选对的得6分，选不全的得3分，有选错或不答的得0分)1电视机遥控系统中接收信号的设备用的是哪种类型的传感器()A电容式传感器B电感式传感器C电压式传感器 D红外线传感器【解析】电视机遥控是通过红外线的发射和接收实现的，故选D.【答案】D2电磁波与我们的生活密切相关下列关于电磁波及其应用的说法中正确的是()A电磁波不会产生污染B电磁波不能在真空中传播C电饭煲是利用电磁波来加热食物的电器D雷达是利用电磁波测定物体位置的无线电设备【解析】电磁波会污染人类生活空间，给人类带来麻烦，对人体健康构成威胁，故A错电磁波能在真空中传播，B错电饭煲是利用电流的热效应工作的，C错雷达是利用电磁波工作的，D对【答案】D3敏感元件产生的电信号很弱，常混杂有干扰信号，需要进行放大和滤波处理那么，需要下列哪种设备来完成这样的功能()A敏感元件 B计算机C显示屏幕 D模拟电路【解析】由敏感元件产生的电信号是很微弱的，常混杂有干扰信号，为了方便处理，首先要将信号进行放大和滤波处理，这个工作由附加的模拟电路来完成，经过处理的模拟信号随后转换成数字信号，输入微型处理器或计算机，故D项正确【答案】D4下列关于无线电波的叙述正确的是()A无线电波是波长从几十千米到几毫米的电磁波B无线电波在任何介质中传播速度均为3.0108 m/sC无线电波不能产生干涉和衍射现象D无线电波由真空进入介质传播时，波长变短【解析】无线电波的波长是从几十千米到几毫米的电磁波，故选项A正确；干涉、衍射是一切波都具有的特性，故选项C错误；无线电波由真空进入介质时，波速变小，故选项B错误；由vf知，频率不变，波速变小，波长变短，故选项D正确【答案】AD5关于雷达的特点，下列说法正确的是()A雷达所用无线电波的波长比长波的波长更长B雷达只有连续发射无线电波，才能发现目标C雷达的显示屏上可以直接读出障碍物的距离D雷达在能见度低的黑夜将无法使用【解析】雷达所用无线电波是微波波段，波长比短波波长短，A错误，雷达发射脉冲信号测距离，其结果可从显示屏上直接读出，B、D错误，C正确【答案】C6当电冰箱的电路接通或断开时，可从附近的收音机中听到“喀喀”的杂音，这是因为()A电路通、断时，发出的声音被收音机所接收B电路通、断时，发出的电流被收音机所接收C电路通、断时，发出的电磁波被收音机所接收D电路通、断时，发出的振荡电流被收音机所接收【解析】当电冰箱的电路接通或断开时，会产生一定频率的电磁波，当被收音机接收到就会听到“喀喀”的杂音【答案】C7如图1所示是一种油箱内油面高度检测装置的示意图图中油量表由电流表改装而成，金属杠杆的一端接浮标，另一端触点O接滑动变阻器R.当油箱内油面下降时，下列分析正确的有()图1A触点O向下滑动B触点O向上滑动C电路中的电流增大了D电路中的电流减小了【解析】当滑箱内油面下降时，浮标下降，由杠杆可以看出触点O向上滑动，变阻器R的阻值变大，电流减小，所以选项BD正确【答案】BD8数字跑道已在北京奥运会田径竞走、跳远和三级跳等重点奥运项目中投入使用，数字跑道和数字跑鞋为运动健儿们在科学训练和比赛中发挥了积极作用该跑道采用了大面积柔性压力阵列传感器、现场总线网络和分布式信息处理技术，可实时检测运动员步频、步距、足部触地时间、离地时间、速度、发力大小、发力角度等信息，在此基础上构建了训练信息采集和技术诊断分析系统，为田径项目提供了一种全新的科学化训练平台下列关于数字跑道的说法正确的是()A传感器需要有敏感元件和转换电路等组成B压力阵列传感器应该是一种力电传感器C奥运会中应用的传感器智能化程度很高，直接感应的是电学量，不需要力电转换D奥运会中应用的传感器智能化程度尽管很高，但传感器都是将非电学量转换为电学量【解析】根据题目情景叙述，跑道上使用的是压力传感器，所有的传感器都要先通过敏感元件采集信息，然后再由转换电路将采集到的力、热、光等非电学量转换为便于测量的电压或电流等电学量当转换电路采用计算机进行信息处理，并输出数字信息时，这种传感器就可以称得上是智能传感器了【答案】ABD二、非选择题(本题共4个小题，共52分，解答应写出必要的文字说明、方程式和重要的演算步骤，只写出最后答案的不得分有数值计算的题，答案中应明确写出数值和单位)9(12分)下面列出了一些医疗器械的名称和这些器械运用的物理知识(用A、B、C表示)，请将相应的字母填在运用这种现象的医疗器械后面的空格上(1)X光机：_；(2)紫外线灯：_；(3)理疗医用“神灯”照射伤口，可使伤口愈合得较好这里的“神灯”是利用_A光的全反射B紫外线有很强的荧光效应C紫外线有杀菌消毒作用DX射线有很强的贯穿能力E红外线有显著的热作用F红外线波长较长易发生衍射【解析】(1)X光机是用来透视人的体内器官的，因此需要具有较强穿透力的电磁波，但又不能对人体造成太大的伤害，因此采用了穿透能力比较强又不会给人体造成太大伤害的X射线，选择选项D.(2)紫外线灯主要是用来杀菌的，因此它应用的是紫外线的杀菌作用而非荧光作用，因此选择选项C.(3)“神灯”又称红外线灯，主要用于促进局部血液循环，它利用的是红外线的热效应，使人体局部受热，血液循环加快，因此选择选项E.【答案】(1)D(2)C(3)E10(8分)利用光敏电阻制作的光传感器，记录了传送带上工件的输送情况，如图2(甲)所示为某工厂成品包装车间的光传感记录器，光传感器B能接收到发光元件A发出的光每当工件挡住A发出的光时，光传感器就输出一个电信号，并在屏幕上显示出电信号与时间的关系，如图2(乙)所示，若传送带始终匀速运动，每两个工件间的距离为0.1 m，则传送带运动的速度是_ m/s；该传送带每小时输送_个工件图2【解析】由图(乙)可知，传送带每0.5 s内传送1个工件，每1 s内传送两个工件传送带的速度v0.2 m/s.每小时输送工件数为23 6007 200(个)【答案】0.27 20011(16分)要完成以下工作，你认为要用什么传感器？(1)电子秤称量物体的重力；(2)恒温孵化器要保持禽蛋的温度在一定范围内；(3)楼道自动开关的功能是：晚上，有人经过楼道，开关自动接通；白天，不管是否有人经过楼道，开关都是断开的【解析】(1)电子秤称量物体的重力所用的传感器是压力传感器(2)恒温孵化器要保持禽蛋的温度在一定范围内，所用的传感器是双金属温度传感器(3)楼道自动开关所用的传感器是光敏声控传感器【答案】见解析12(16分)某雷达工作时，发射电磁波的波长为20 cm，每秒脉冲数n5 000，每个脉冲持续时间t0.02 s，问电磁波的振荡频率为多少？最大的侦察距离是多少？【解析】一般在空气中传播时，电磁波的传播速度就认为等于光速c3.0108 m/s.由公式cf得：f1.5109 Hz.雷达工作时发射电磁脉冲，每个脉冲持续时间t0.02 s，在两个脉冲时间间隔内，雷达必须接收反射回来的电磁脉冲，否则会与后面的电磁脉冲重叠而影响测量设最大侦察距离为s，则2sct，而t s200 s0.02 s(脉冲持续时间可以略去不计)，所以s3104 m.【答案】f1.5109 Hz最大的侦察距离为3104 m模块综合测评(满分：100分时间：90分钟)一、选择题(本题共10个小题，每小题4分，共40分在每小题给出的四个选项中，有的小题只有一个选项正确，有的小题有多个选项正确全部选对的得4分，选不全的得2分，有选错或不答的得0分)1真空中有两个静止的点电荷，它们之间的作用力为F，若它们的带电荷量都增大为原来的2倍，距离减小为原来的1/2，它们之间的相互作用力变为()AF/2BFC4F D16F【解析】设两点电荷的带电荷量分别为Q1、Q2，距离为r，由库仑定律可知Fk，Fk16k16F，故D选项正确【答案】D2有一电子线路中使用的小变压器，变压比为，由于使用时间长了分不清原、副线圈，其外形如图1所示，现要作为降压变压器使用，则电源(220 V)应接在()图1Aab两端 Bcd两端Cac两端 Dbd两端【解析】由变压器结构原理可知，线圈中的电流越大，应当用越粗的导线，在降压变压器中，原线圈的匝数多于副线圈的匝数，即n1n2，又，所以I2I1，说明通过电流大的(I2)线圈应是副线圈，导线相应要粗些，由图知，ab线较粗，故输入电压(220 V)应接cd两端故正确答案为B.【答案】B3下列关于磁通量的说法正确的是()A放在匀强磁场中的平面垂直于磁场方向时，穿过平面的磁通量最大B放在匀强磁场中的平面平行于磁场方向时，穿过平面的磁通量最大C穿过线圈的磁通量为零，则该处的磁感应强度一定为零D磁通量发生变化，一定是磁场发生变化引起的【解析】当线圈平面与磁场方向平行时，穿过线圈的磁通量为零，但该处的磁感应强度不为零，所以B、C错误；引起磁通量变化的可能是平面的面积变化，也可能是磁场或平面与磁场方向间的夹角变化，故D错误【答案】A4如图2所示是某个磁场的磁感线分布，则A点和B点的磁感应强度的大小关系是()图2AA点的磁感应强度大BB点的磁感应强度大CA点的磁感应强度等于B点的磁感应强度D无法确定【解析】磁感线分布的疏密反映了磁场的强弱，由题图可知，A点的磁感应强度较大，故A项正确【答案】A5下面列出了不同品牌的电视机、电风扇、空调机和电冰箱铭牌上的主要项目，试判断正常工作时，其中功率最大的是()【解析】由题意可知，电视机正常工作时的功率为85 W，电冰箱正常工作时的功率为70 W，电风扇正常工作时的额定功率为65 W而空调机正常工作时的功率为P空调IU2206.2 W1 364 W，故功率最大的为空调机【答案】D6“嫦娥一号”卫星上装有8种24件探测仪器，其中可能有()A味觉传感器 B气体传感器C听觉传感器 D视觉传感器【解析】“嫦娥一号”月球卫星是为探测月球而发射的在轨卫星，而月球上无气体，所以不需要气体传感器和听觉传感器，当然也用不到味觉传感器，真正需要的是为月球“画像”的视觉传感器立体相机【答案】D7关于电磁感应，下列说法中正确的是()A导体相对磁场运动，导体内一定会产生感应电流B导体做切割磁感线的运动，导体内一定会产生感应电流C闭合电路在磁场中做切割磁感线的运动，电路中一定会产生感应电流D穿过闭合电路的磁通量发生变化，电路中一定会产生感应电流【解析】电路中产生感应电流的条件是穿过闭合电路的磁通量发生变化，故D正确【答案】D8如图3所示，通电硬直导线ab平行条形磁铁放置，导线可以在空中自由运动，其中的电流方向由a到b，则导线的运动情况为()图3Aa端转向纸里，b端转向纸外，且远离磁铁Ba端转向纸里，b端转向纸外，且靠近磁铁Ca端转向纸外，b端转向纸里，且远离磁铁Da端转向纸外，b端转向纸里，且靠近磁铁【解析】由安培定则可知，通电导线下面的磁场垂直纸面向里，所以N极受到向里的磁场力，S极受到向外的磁场力，N极和S极离开纸所在的平面后，由直导线磁场的分布可知N极和S极都受到向上的磁场力，故选项D正确【答案】D9如图4所示，金属导线框ABCD垂直于匀强磁场磁感线，磁感线垂直于纸平面，下列哪种情况下线框中有感应电流()图4A线框在图示平面匀速运动B线框在图示平面加速运动C线框垂直纸面运动D线框绕AB边转动【解析】线框在纸面内无论匀速还是加速运动，穿过线框的磁通量都不变，线框垂直于纸面运动时，磁通量也不变，故A、B、C所述情况下均无感应电流产生，线框绕AB边转动时，磁通量不断变化，有感应电流产生，故D选项正确【答案】D10下面是某电热水壶的铭牌，由此可知该电热水壶正常加热1 min产生的热量为()电热水壶型号SP356A额定电压220 V额定功率1 800 W额定频率50 Hz额定容量1.5 L广州市兆利企业有限公司A.1.80103 J B1.10104 JC1.32104 J D1.08105 J【解析】由电热水壶铭牌上的技术参数可知，额定功率P1 800 W，正常加热1分钟产生的热量QPt1 80060 J1.08105 J，故应选D.【答案】D二、非选择题(本题共6个小题，共60分，解答应写出必要的文字说明、方程式和重要的演算步骤，只写出最后答案的不得分有数值计算的题，答案中应明确写出数值和单位)11(8分)由于国际空间站的运行轨道上各处的地磁场强弱及方向均有所不同，所以在运行过程中，穿过其外壳地磁场的磁通量将不断变化，这样将会导致_现象发生，从而消耗空间站的能量为了减少这类损耗，国际空间站的外壳材料应尽可能选用电阻率_(填“大”或“小”)一些的【解析】穿过空间站外壳的磁通量发生变化，金属材料的外壳中将自成回路，产生感应电流，为了降低这个损耗，应让产生的感应电流越小越好，也就是说，材料的电阻率越大越好第一个空可填写“涡流”或“电磁感应”；第二个空填“大”【答案】电磁感应或涡流大12(8分)如图5所示，可以自由转动的小磁针静止不动时，靠近螺线管的是小磁针_极，若将小磁针放到该通电螺线管内部，小磁针指向与图示位置时的指向相_(填“同”或“反”)图5【解析】应用安培定则可知，通电螺线管的左端是S极，又因同名磁极相互排斥，异名磁极相互吸引，所以小磁针静止时N极靠近螺线管；螺线管内部的磁感线跟螺线管的轴线平行，方向由南极指向北极，而小磁针放在该通电螺线管内部静止时N极所指的方向与该处磁感线的切线方向一致【答案】N同13(10分)离我们最近的一颗恒星是比邻星，它距离我们是1018 m，从地球向比邻星发射的电磁波，要经过多长时间才能到达比邻星？(电磁波的速度3.00108 m/s)【解析】电磁波到达比邻星所需要的时间为：t s3.3109 s.【答案】3.3109 s14(10分)某植物园的建筑层顶装有太阳能发电系统，用来满足园内用电需求已知该发电系统输出功率为1.0105 W、输出电压为220 V求：(1)按平均每天太阳照射6小时计算，该发电系统一年(365天计)能输出多少电能？(2)该太阳能发电系统除了向10台1 000 W的动力系统正常供电外，还可以同时供园内多少盏功率为100 W、额定电压为220 V的照明灯正常工作？【解析】(1)该发电系统一年输出的电能为WPt1.010536563 600 J7.8841011 J.(2)设可供n盏100 W的电灯正常工作，则P101 000 W100 n代入数据解得n900盏【答案】(1)7.8841011 J(2)900盏15(12分)一根长为0.20 m的直导线，垂直于某匀强磁场方向放置，当导线中通有1 A的电流时，导线受到的安培力大小为0.08 N，则：(1)磁场的磁感应强度为多大？(2)当导线中的电流增大为2 A时，导线受到的安培力为多大？【解析】(1)磁场的磁感应强度为：B T0.4 T.(2)电流为2 A时，安培力为：FBIl0.420.2 N0.16 N.【答案】(1)0.4 T(2)0.16 N16(12分)如图6所示是一种触电保安器，变压器A处用相线和零线双股平行绕制成线圈，然后接到用电器B处有一个输出线圈一旦线圈中有电流，经放大后便能推动继电器J切断电源试说明：图6(1)为什么多开灯不会使保安器切断电源？ (2)为什么有人“手地”触电保安器会切断电源？(3)该保安器能不能为双手“相线零线”触电保安？为什么？【答案】(1)变压器A线圈因双股并绕，正向电流与反向电流产生的磁性相互抵消，多开灯、少开灯都如此所以线圈B中无感应电流，保安器的控制开关J不工作，不会自动切断电源(2)当人“手地”触电时，相线中电流有一部分直接通过人体流入大地，不从A线圈中回流，保安器铁芯中有磁通量变化，B线圈有电流输出，保安器开关J工作，自动切断电源(3)“相线零线”触电时，与多打开几盏电灯情况相似，A线圈中正、反向电流总是相等，不引起磁通量变化，保安器不能自动切断电源，不起保安作用